Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризатор и анализатор. Закон Малюса. Поляризация при отражении от диэлектрика

Поляризация света

В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Свет, в котором направления колебаний упорядочены каким-либо образом, называют поляризованным. Обычно ограничиваются рассмотрением плоскополяризованного света, то есть такого, в котором колебания светового вектора происходят только в одной плоскости.

Плоскополяризованный свет получают из естественного с помощью приборов – поляризаторов. Эти приборы пропускают только колебания, параллельные плоскости, называемой плоскостью поляризатора. Если через поляризатор пропустить естественный свет с интенсивностью I_ест, то интенсивность прошедшего поляризованного света

I = 0,5I_ест. (59)

Если на поляризатор падает уже плоскополяризованный свет с амплитудой А₀и интенсивностью I₀(рис. 12), то сквозь прибор пройдет составляющая колебания с амплитудой А = А₀ cos j, где j – угол между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью поляризатора. Следовательно, интенсивность прошедшего света I определяется выражением

I = I₀cos²j (60)

Соотношение (60) носит название закона Малюса.

Действие поляризаторов разных типов основано либо на явлении поляризации света при отражении его от диэлектрика, либо на поляризации при двойном лучепреломлении, которое наблюдается при прохождении света через анизотропные вещества (кристаллы).

В первом случае имеет место закон Брюстера, который гласит, что отраженный от диэлектрика свет будет полностью поляризован, если тангенс угла падения a_Б равен относительному показателю преломления сред n₂₁ = n₂/n₁ (рис. 13):

tga_Б = n₂₁. (61)

Анализатор – это устройство, служащие для анализа степени поляризации света.

Виды излучений.
Тепловое излучение.
Характеристики теплового излучения.
Закон Кирхгофа. Законы теплового излучения.
Гипотеза Планка.

Тепловое излучение– излучение, при котором потери атомами энергии на излучение света компенсируются за счет энергии теплового движения атомов (или молекул) излучающего тела. Тепловым источником является солнце, лампа накаливания и т. д.

Электролюминесценция (от латинского люминесценция - “свечение”) – разряд в газе сопровождающийся свечением. Северное сияние есть проявление электролюминесценции. Используется в трубках для рекламных надписей.

Катодолюминесценция – свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой их электронами. Благодаря ей светятся экраны электронно-лучевых трубок телевизоров.

Хемилюминесценция – излучение света в некоторых химических реакциях, идущих с выделением энергии. Ее можно наблюдать на примере светлячка и других живых организмах, обладающих свойством светиться.

Фотолюминесценция – свечение тел непосредственно под действием падающих на них излучений. Примером являются светящиеся краски, которыми покрывают елочные игрушки, они излучают свет после их облучения. Это явление широко используется в лампах дневного света.

Тепловым излучением называется испускание электромагнитных волн за счет внутренней энергии тел. Оно имеет место при любой температуре. Приведем величины, характеризующие этот вид излучения:

энергетическая светимость – величина, равная энергии, испускаемой единицей поверхности тела в единицу времени по всем направлениям. Она является функцией температуры.
спектральная плотность энергетической светимости – величина, равная энергии, испускаемой единицей поверхности тела в единицу времени по всем направлениям в единичном интервале длин волн. Это функция длины волны и температуры.
поглощательная способность – безразмерная величина, равная отношению потока энергии, поглощенной телом, к потоку энергии, падающей на тело при данной температуре и длине волны.

Закон Кирхгофа. Отношение спектральной плотности энергетической светимости к поглощательной способности не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же универсальной функцией длины волны и температуры:

. (1)

Экспериментально найденная с помощью изучения излучения абсолютно черного тела функция Кирхгофа имеет вид, приведенный на рис. 1.

Теоретически вид функции Кирхгофа нашел Планк, предположивший, что излучение испускается излучающими телами не непрерывно, а определенными порциями – квантами. Энергия каждого кванта:

, (2)

Рис. 1

где – постоянная Планка, Дж×с

w – круговая частота колебаний в электромагнитной волне.

Формула Планка имеет вид

(3)

Как следует из закона Кирхгофа, f(l,T) º r_l,_T для абсолютно черного тела.

20. Внешний фотоэффект. Экспериментальные законы фотоэффекта. Квантовая теория фотоэффекта. Объяснение закономерностей фотоэффекта.

Фотоэффект — это явление испускания электронов веществом под действием света.

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Законы фотоэффекта:

1) При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в ед. времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности катода)

(Каждый квант поглощается только 1 эл-ом => число вырванных эл-ов должно быть пропорционально скорости света)

2) Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

(Макс. кин. энергия фотоэлектрона линейно растет с увеличением частоты падающего излучения и не зависит от его интенсивности (числа фотонов), т.к. ни А ни НЮ от интенсивности не зависят)

3) Для каждого вещества сущ. красная граница фотоэффекта, т.е. мин. частота света ниже которой фотоэффект невозможен.

(Т.к. с уменьшением частоты света кин. энерги фотоэлектронов уменьшается, то при некоторой достаточно малой частоте НЮ=НЮ0 кин. э. станет равной 0 и ф. прекратится(НЮ0=А/h))

4) Фотоэффект безинерционен, он начинается мгновенно после попадания света на материал.

(Упругие соударения => мгновенная передача энергии)

Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему электрону кинетической энергии (ф-ла Энштейна):

Согласно квантовой теории свет излучается и поглащается не прерывно, а порциями или фотонами, энергия,которая прямо пропорционально в частоте излучения
Энергия кванта обратно пропорциональна длине волны излучения в вакууме.
Квант – частичка света или частичка электромагнитного поля. Энергия фотона, его масса.
Фотон как всякая частичка имеет массу, но только в движении.
Массу фотона определяют по уравнению Энштейна
E=mc2
E – энергия тела
m-масса тела
c-коэффициент пропорциональности взятой за скорость света
Формула Энштейна для фотоэффекта